04射频前端上变频器

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1、实验四微波射频前端上变频器实验四微波射频前端上变频器一、实验目的1．了解射频前端发射器的基本结构与主要设计参数。2．利用实验模块的实际测量了解射频前端发射器的特性。二、预习内容1．预习放大器、滤波器、混频器、功率放大器的原理的理论知识。2．预习放大器、滤波器、混频器、功率放大器的设计的原理的理论知识。三、实验设备项次设备名称数量备注1微波扫频仪或频谱分析仪1套亦可用网络分析仪2混频器、锁相本振源、滤波器等模块1套置于实验箱内3BNC-SMA或L16-SMA转接头各2个4SMA连接线2条四、理论分析微波发

2、射机原理结构如图5－1所示，它大抵可分成以下几个部分。1、中频放大器(IFAmplifier)2、中频滤波器(IFBnadpassFilter)3、上变频混频器(Up-Mixer;UpConverter)4、射频滤波器(RFBandpassFilter)5、载波振荡器(CarrierOscillator;LocalOscillator)混频器图5-1基本射频前端发射器结构图IF70MHzBPF2170MHzLO2100MHzSignalFromBasebandProcessingUnitLORFIF11

3、实验四微波射频前端上变频器混频器的基本电路结构图如图5-2所示。在二极管上的电流如式(5-1)所示。匹配电路匹配电路匹配电路滤波器IFPIFRFPRFLO图5-2基本混频器电路结构图混频二极管其中IS——二极管的饱和电流VIF——中频信号的振幅大小fIF——中频信号的频率大小VLO——载波信号的振幅大小FLO——载波信号的频率大小混频后的输出射频频率为其中m，n可为任意正负整数在绝大多数情况下,RF频率应是载波与IF频率的和或差,即是。至于取和频或差频则根据发射器射频指标及系统参数,利用射频输出端的滤波

4、器可以阻隔三端间的互相干扰(ISOLATION),以避免其他不必要的混频信号漏(LEAKAGE)到输出端造成的噪声(SPURIOUS)。主要的噪声信号,有下列几种:(假设)1.镜频信号(IMAGEFREQUENCY):2.载波信号的谐波(CARRIERHARMONICS):，n=正整数3.边带谐波信号(HARMONICSIDEBANDS):上述噪声皆是在混频器及滤波器设计中,需要特别加以抑制处理的。混频器的主要技术参数如下。11实验四微波射频前端上变频器(1)变频耗损或增益(CONVERSIONLOSS

5、/GAIN,LC)除非有特别注明,一般的变频损耗皆按上式定义,即单边带变频耗损(SINGLE-SIDEBAND(SSB)CONVERSIONLOSS),即只考虑射频输出信号频率为fLO+fIF或fLO-fIF。若是定义为双边带变频损耗(DOUBLE-SIDEBAND(DSB)CONVERSIONLOSS),则比单边带转频损耗低3dB。(2)输入端回波损耗或电压驻波比(PORTRETURNLOSSORVSWR)如同其他射频电路,输入端的回波损耗或电压驻波比是评价匹配与否的重要参数。对混频器而言,其输入端电

6、压驻波比规格一般定在2:1(IRL=-10),最差为2.5:1(-7.3)。而各端口的回波损耗,受LO端输入功率的增加,各端口的阻抗会随之降低,致使各端口的回波损耗变大。(3)信号端与本振端的隔离比(PORTISOLATION)信号端与本振端的隔离比为评价LO端与RF端,和LO端与IF端的噪声的干扰抑制程度。(4)LO端最低输入功率(MINIMUMLOPOWERREQUIRED)对于混频器而言,LO端最低输入功率的大小直接影响到混频的效果好坏。所以,一般有此项指标。而功率越低应用越方便。(5)镜象抑制度

7、(IMAGEREJECTION)对于下变频混频器而言,IF输出信号频率可由LO与RF两输入端信号频率相减而得。以fIF=fRF-fLO为例,镜象为fim=2fLO-fRF。即若RF端输入镜象信号也可得到同频的IF信号,fim-fRF=fIF。镜象所造成的问题有二：第一是提供干扰信号通路,即是镜象信号会从RF端进入,可能从IF端输出。如此势必干扰到真正系统设计的RF信号的变频输出；第二是增加混频器的噪声指数(NIOSEFIGURE)3dB。解决的方法是在RF输入端加一个镜象滤波器来抑制镜象信号的输入。而对

8、于上变频频混频器而言,大致与下变频频混频器相似,只是RF输入端改成IF输入端。(6)噪声抑制度(SPURIOUSREJECTION)对混频器而言,噪声的定义是指在输出端的非设计所需频率(fIF)的其他信号。尤其是输入信号的谐波。一般是利用输出端的滤波器来抑制噪声。(7)二阶互调截止点(SECOND-ORDERINTERCEPTPOINT,IP2)(以下变频器为例)IP2=PRF+（PRF–B-LC）其中，IP2——混频器的输入二阶互调截止点